【摘 要】
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海水中的溶解氧是海洋生物赖以生存的重要物质,同时对稳定海洋生态环境及各个地球生物化学参数的正常循环起着重要的作用;当海水中的溶解氧大量消耗并且长时间持续这种状态时,溶解氧浓度最终跌破63μmol/L,此时产生海水低氧现象。低氧的海水不仅影响了海洋环境的健康,并且还时刻威胁着人类的渔业生产等经济活动。已有研究表明,许多海域频发的低氧事件已成为全球普遍现象。所以调查低氧、了解低氧、以及治理低氧成为现在
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海水中的溶解氧是海洋生物赖以生存的重要物质,同时对稳定海洋生态环境及各个地球生物化学参数的正常循环起着重要的作用;当海水中的溶解氧大量消耗并且长时间持续这种状态时,溶解氧浓度最终跌破63μmol/L,此时产生海水低氧现象。低氧的海水不仅影响了海洋环境的健康,并且还时刻威胁着人类的渔业生产等经济活动。已有研究表明,许多海域频发的低氧事件已成为全球普遍现象。所以调查低氧、了解低氧、以及治理低氧成为现在研究海洋科学的一个热点问题。本文分别选取了在东海出现多次低氧现象的长江口及其毗邻海域以及敖江口及其毗邻海域作为研究区域,这两个研究区域属于同一个较大的范围(东海),却又有所区别。本文以氧气氧同位素(18O)为技术突破,从海水中溶解氧同位素分析的角度出发,探究了东海特定区域(长江口及其毗邻海域、连江县敖江口毗邻近海)溶解氧性质(含量+同位素)的分布特征,并诠释了水柱呼吸耗氧(WCR)和沉积物耗氧(SOR)对水柱总耗氧量(AOU)的贡献率演替特征和主要控制因素,主要工作内容和结论如下:1、对比2018年7月、2020年7月及2020年8月三个航次的溶解氧浓度,长江口及毗邻海域表层和近底层平均溶解氧浓度([O2])的最大值均出现在2018年7月(227μmol/L、148μmol/L),而在2020年8月,表层和近底层的平均[O2]最低(217μmol/L、88μmol/L)。在三个航次中均表现出水柱中的溶解氧消耗伴随着显著的氧同位素分馏现象,即[O2]的变化呈现出与δ18O相反的变化关系。这种负相关的相关性显著、普遍。2、通过使用呼吸模型(AS模型和IR模型)对氧气性质(浓度+δ18O)进行模型分析,以AS模型结果为例,总体上长江口及毗邻近海混合层以下水体中SOR%贡献了AOU的54%,WCR%贡献了剩余的46%。并且初步分析表明,长江冲淡水以及处于12‰到25‰之间变化的呼吸分馏系数对研究区域中δ18O的模型分析结果影响非常小。3、在2018年7月,表层AOU与近底层水的WCR%整体趋势呈现明显的负相关关系,即表层AOU越小、表层水光合产氧越大(暗示着现场生产的有机质更多),相应的在近底层水中将出现更大的WCR%对AOU的贡献率。研究发现SOR%的变化与近底层水的[O2]有关:近底层水的[O2]越高,将伴随着出现较高的SOR%,但在低溶解氧的情况下,SOR%很低(<30%)。此外,模型结果均表示近底层水的SOR%与表层-近底层密度差呈现出较弱的负相关关系;就本研究中数据而言,表层沉积物粒度、有机碳百分含量、盐度对SOR的影响很小。4、在连江县敖江口毗邻近海开展了多次调查结果显示:和长江口类似,海水中溶解氧的消耗和δ18O的增加是耦合的,底层[O2]与δ18O呈现出明显的负相关关系。在2020年1月采集了敖江口及其毗邻近海的表层海水进行呼吸培养实验,实验结果表明εWCR=18.7‰。同样使用模型对敖江口及毗邻海域的近底层水δ18O计算,结果表明,敖江口没有低氧,主要耗氧贡献机制为SOR。综合长江口和敖江口毗邻近海的调查结果,我们提出在混合层以下溶解氧的消耗中,水柱耗氧贡献和沉积物耗氧对氧亏损的贡献是一个动态变化的过程。在溶解氧含量较高时,沉积物耗氧是贡献AOU的主要因素;但水柱耗氧是导致低氧发生的主要贡献因素(70%甚至更高)。本研究认为,在今后对低氧的预报、治理中,应考虑到水柱和沉积物耗氧之间的动态变化关系及其影响因素。
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